针对胃肠道黏液屏障的口服纳米粒研究进展*

杨 晖，姚 静，周建平，李苏昕

中国药科大学药剂学教研室，南京 210009

口服纳米粒在胃肠道的吸收途径包括：细胞旁路通道转运、肠道上皮细胞跨膜摄取和经回肠内集合淋巴结的M细胞吞噬。由于集合淋巴结部位的黏液较为稀疏，有利于纳米粒突破黏膜屏障，是口服纳米粒的主要吸收途径[1]。因此，克服黏膜屏障成为改进口服纳米粒的主要研究方向。

本文综述了胃肠道黏液的性质和功能及其对口服纳米粒促吸收和靶向性设计的影响，并讨论了通过黏膜粘附型和黏液穿透型纳米粒来提高胃肠道给药效率的研究现状。

1 胃肠道黏液的特点

胃肠道黏液层一方面通过快速清除病原体和外来颗粒保护了暴露的上皮表面，但另一方面也构成纳米粒吸收过程中的最大屏障[2-7]。

黏液是一个复杂的水凝胶，由蛋白质、碳水化合物、脂类、无机盐、抗体、细菌和细胞残骸组成。粘蛋白作为黏液的主要成分，直接影响着黏液的厚度。与上皮细胞直接相连的粘蛋白和多糖构成黏液的紧密粘附层，而疏松粘附层覆盖于紧密粘附层之上。黏液的不同厚度，决定了其保护能力与穿透水平。表1列出了大鼠胃肠道各处疏松和紧密粘附层黏液的厚度。人胃肠道黏液最厚的部位是胃 （40～450 μm）和结肠（110～160 μm），保障机体不受胃酸及结肠中细菌的损害。

黏液在胃肠道各处的pH值也不同。胃黏液的pH值为1～2，到十二指肠pH值局部中和，在之后的胃肠道中pH稳定升高，在结肠和直肠达7～8。

表1 大鼠的胃肠道中各处疏松和紧密粘附层黏液的厚度（μm）

2 黏膜粘附型纳米粒系统

2.1 黏膜粘附型纳米粒主要作用机制

粘附型纳米粒旨在将药物安全转运到近胃肠道黏膜层，实现在上皮细胞表面的药物释放。黏膜粘附纳米粒借助静电作用、疏水作用、范德华力以及聚合物链相互作用、渗透等，延长胃肠道滞留的时间，提高药物吸收。其作用如下：

（1）避免胃肠道恶劣环境和酶对药物的破坏。如聚乙二醇修饰的聚乳酸纳米粒在提高胰岛素和降钙素稳定性方面独具优势。其不仅减少大分子药物在胃肠道环境下的酶解和聚集，同时增加小肠上皮的跨膜吸收。

（2）延长药物在黏膜表面的滞留时间。纳米粒的黏附能力与材料性质有关。通常壳聚糖的粘附特性强于聚乙烯醇和海藻酸钠。由于壳聚糖纳米粒的黏膜粘附特性，采用壳聚糖包衣的纳米粒对降钙素的降血钙效应可提高1倍以上，但对十二指肠、空肠和回肠的黏膜粘附效应无显著的部位特异性。

（3）纳米粒独特的吸收机制有利于药物在体内的摄取。研究表明，纳米粒可以直接被肠M细胞摄取，在小肠绒毛部位实现跨膜转运。当小肠上皮细胞与具有M细胞类似功能的细胞共培养后，在体外对200nm和500nm的聚苯乙烯粒子的转运增长千倍[3]。

（4）纳米粒的表面特性易于实现细胞靶向定位。普通的粘附材料仅是延长制剂在胃肠道的停留时间，但对相应的底物没有特异性，因此粘附效果有限。采用靶向配基修饰纳米粒可以实现靶向给药，延长在特定吸收部位的滞留时间。

2.2 黏膜粘附型纳米粒

影响黏膜粘附型纳米粒口服吸收的主要因素及其作用见表2。

表2 影响黏膜粘附型纳米粒口服吸收的主要因素

2.2.1 聚合物黏膜粘附型纳米粒 黏膜粘附型纳米粒由常用的聚合物合成，如聚乳酸（PLA）、聚癸二酸（PSA）、聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）和聚丙烯酸（PAA）。聚合物黏膜粘附型纳米粒可通过氢键，聚合物与粘蛋白的联粘，疏水相互作用或其他结合机制达到黏膜粘附[3]。

因为胰岛素会在胃肠道环境中显著降解，服用胰岛素溶液与生理盐水后，体内血糖水平无统计学差异。若将胰岛素包封在黏膜粘附聚合物纳米粒中，纳米粒的包载降低了胰岛素降解并且提高了胰岛素的吸收，与胰岛素溶液相比可使大鼠空腹血糖减少至其1/7。

纳米粒的疏水性是影响肠内集合淋巴结吸收的主要因素，一些疏水性聚合物如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚羟基丁酸酯比低疏水性乳酸和甘醇酸聚合物纳米粒可更有效地被肠内集合淋巴结吸收，疏水粒子的吸收强度约为亲水性纤维素聚合物的100倍。但疏水相互作用在发挥主要黏膜粘附作用的同时也是黏液渗透的一大障碍[2]。

除了疏水性，纳米粒的表面电荷也影响口服给药。研究表明，带正电荷的纳米粒（如壳聚糖）表面和带负电荷的粘蛋白糖基静电作用，会导致强烈的黏膜粘附，促使纳米粒接近上皮细胞，增加粒子的肠内集合淋巴结摄取[8]。此外，粒径大小是影响口服吸收的另一个重要因素。粒径小于1 μm的纳米粒可以被M细胞吞噬，但鉴于体外细胞培养和体内肠道模型存在较大差异，最优粒径还存在争议。如灌胃体积一定程度上影响了纳米粒吸收，因为大量的液体稀释可以降低黏液屏障，提高摄取。同时，纳米粒的水溶液（低渗）给药后的血药浓度明显高于盐溶液（等渗液），因为渗透驱动流体吸收促进了肠内集合淋巴结的摄取[9]。

2.2.2 靶向黏膜粘附型纳米粒 利用小肠M细胞表面受体与配体特异性结合可实现靶向黏膜粘附，纳米粒的配体修饰可加强黏膜粘附的特异性并降低消除率，常用的靶向修饰物质有凝集素、抗体、糖类和维生素B12等。

麦胚凝集素（WGA）的靶向物N-乙酰-D-氨基葡萄糖和唾液酸广泛存在于整个肠道中。WGA修饰可降低纳米粒受黏液层分泌量的影响，同时引发肠上皮细胞的内吞作用，提高药物吸收。荧光显微镜照片显示，纳米粒在给药后粘附在肠绒毛上皮以及肠内集合淋巴结，其相对于游离药物吸收的提高，可能是外源凝集素与肠内集合淋巴结的相互作用导致摄取增强。

应用于接种疫苗的免疫刺激作用，也可应用于纳米粒诱导M细胞摄取，实现靶向给药。致病细菌如沙门氏菌和志贺氏菌能通过表面蛋白粘附于黏膜并被上皮细胞内化入侵黏膜免疫系统。将纳米粒用沙门氏菌提取物包衣，可增加在大鼠肠内集合淋巴结的粘附，同时使上皮细胞结合细菌能力下降[10]。目前关于胃肠道特定靶向的纳米微球口服系统（NiMOS）是以聚合物聚己内酯（PCL）包封的含有质粒DNA的B型明胶纳米粒。在溃疡性结肠炎小鼠模型中，含有小鼠IL-10质粒DNA的NiMOS口服给药后，测量结肠长度、重量、体重和髓过氧化物酶（MPO）活性，确定IL-10在肠道内转录水平显著增加，结肠炎得到有效预防[11]。

2.2.3 pH敏感黏膜粘附型纳米粒 基于整个胃肠道的pH值变化的复杂性，pH敏感纳米粒在胃肠道给药受到关注。通常采用pH依赖型膨胀的聚合物以实现pH敏感型黏膜粘附[12]。如聚甲基丙烯酸（PMAA）在低pH值的胃环境中保持折叠状态，在通过肠道时随pH值的升高而膨胀。聚甲基丙烯酸聚马来酸酯（PMAAPMA）可以根据特定的pH值范围实现生物降解[13]。

除了聚丙烯酸类，Lin等设计了一种由壳聚糖、聚γ-谷氨酸、三聚磷酸钠和镁离子组成的新型“多离子交联”纳米粒，在装载胰岛素后，可以缓慢释放胰岛素直到pH值达到7。这些纳米粒可以转运胰岛素穿过Caco-2细胞单层膜，实现在小肠中的胰岛素给药[14]。然而，黏液屏障制约着pH敏感黏膜粘附型纳米粒。Sonaje等研究的pH敏感型壳聚糖/聚γ-谷氨酸纳米粒包载的速效胰岛素类似物，在低pH值条件下缓慢释放，在高pH值条件下迅速释放。相比于皮下速效胰岛素制剂，这种新口服剂型表现出更缓慢更平稳的胰岛素释放，使血糖水平显著降低，是一种很有前景的非侵入性替代物[15]。

2.2.4 脂类黏膜粘附型纳米粒 整个消化道存在大量脂类，使得亲脂类材料对口服给药系统具有极大吸引力。目前已有脂质为基础的剂型，包括脂质体、混合胶束、微乳和纳米乳、固体脂质纳米粒等，它们的主要优势在于增加包封药物的溶解度和生物利用度。脂类黏膜粘附制剂已广泛用于各类不同的药品并作为合成核酸和DNA的载体，并得到了广泛的关注[16-17]。

脂类黏膜粘附型纳米粒能够提高口服生物利用度的主要原因是：（1）高度分散性使药物溶解度提高；（2）粒径小于500 nm的纳米粒在胃肠道集合淋巴结聚集，并通过M细胞直接摄取；（3）脂类纳米粒可在肠上皮表面产生具有固化作用的生物粘附，延长滞留时间[18]。

固体脂质纳米粒（SLN）的特点是毒性低、生物相容性好、以生物可降解的固态天然或合成的类脂为载体。SLN凭借其粒径小（10～1000nm）的特性，不仅可以增加药物在胃肠道的黏附作用，还可以进入绒毛间隙增加其在胃肠道的停留时间，提高生物利用度。实验表明，口服环孢霉素SLN分散片，由于黏膜粘附作用在动物体内可以延长药物停留时间，提高了生物利用度[19]。也有实验显示SLN在十二指肠给药后，淋巴吸收增加。

3 黏液穿透型纳米粒系统

3.1 黏液穿透型纳米粒的作用机制

占总表面积的1%的集合淋巴结被黏液屏障保护程度比胃肠道其他部位低，被认为是口服纳米粒的主要吸收途径[3]。但黏液屏障限制了大部分纳米粒在集合淋巴结的靶向积聚，因此，突破黏液屏障是促进纳米粒口服转运的另一个有效途径。

胃肠道黏液严重阻碍着纳米粒的吸收和转运，因此亟需设计出有穿透黏液屏障能力的纳米粒。研究发现很多病毒因其足够小，而不被立体的黏液筛所阻挡；能够占领没有黏膜粘着剂的疏水区表面；具有一层厚的、由正负电荷组成的、中性的高亲脂性外表面，因此具有穿透黏液的能力[2-3]。

有些研究应用“渗透增强剂”来提高胃肠道中的药物传递，通常用在黏液粘弹性异常的病灶[20]；其对健康黏膜的影响尚不清楚。

3.2 黏液穿透型纳米粒

实验表明，具有亲水表面的外源凝集素菌株比疏水表面的菌株，更易通过粘蛋白凝胶。鉴于口服纳米粒大多由疏水聚合物组成，从而影响纳米粒穿透黏液的效率。因此，一些研究采用亲水性材料修饰纳米粒，以提高其黏液穿透效率。实验证明，泊洛沙姆F127修饰的脂质体纳米粒穿透肠黏液的速率是未修饰纳米粒的5～7倍[21]。

纳米粒的粒径、电荷和溶液体积均是影响黏液穿透的因素。聚乳酸纳米粒在结扎小鼠肠袢的吸收研究中发现纳米粒主要截留在非淋巴组织上面的黏液层[22]，一般小于300 nm的纳米粒穿透黏液能力低。Crater等[23]比较了带有不同表面电荷的聚苯乙烯纳米粒在天然猪肠黏液及人工配制的肠粘蛋白中的扩散速率。纳米粒在两种黏液中的扩散相似，带正电荷纳米粒比带负电荷纳米粒扩散慢。此外，增大灌肠液的体积，可一定程度上降低黏液粘性，使纳米粒通过水通道迅速转运到上皮细胞，并且低浓度纳米粒溶液相对于高浓度溶液可在压力的驱动下，更易穿透黏液屏障。

目前，对胃肠道黏液穿透纳米粒的研究大多针对于经过纯化的黏液或者人工黏液。人工黏液由于没有加入脂质、蛋白质和细胞成分，可能导致动物模型与体外模型差异显著[24]。为重现体内环境，必须采用最低稀释度新鲜黏液，如子宫颈阴道黏液（CVM）。Lai等[25]通过共价键连接一个高密度的低分子量聚乙二醇（PEG）设计了一个黏液穿透型包衣材料，制备的黏液穿透型纳米粒能够穿透未稀释的CVM，速率比其在纯水中的理论扩散值慢了几倍。其通过渗透进入黏液层，清除松散附着的黏液，可以提高黏膜粘附性，增加纳米粒胃肠道停留时间，促进药物的吸收。

4 结 语

黏液的快速分泌和对纳米粒的清除，已成为口服纳米粒滞留时间的主要限制之一。尽管一些研究显示，黏膜粘附型纳米粒一定程度上可改善纳米粒的胃肠道滞留，但大量数据也表明，其在消化道给药的作用是有限的。相比而言，黏液穿透纳米粒能够迅速清除松散附着的黏液层提高渗透性，增加在消化道的滞留时间并增加上皮细胞的分布，可能是更有效的口服途径。

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